[发明专利]气动配气发动机

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机，特别指旋转活塞及涡轮复式发动机。

背景技术

内燃机是靠压缩工质，然后向工质加入热量，利用工质受热膨胀做功实现其燃料化学能向机械能转化的。工质的压缩方式不同，对环境产生的效果也就不同。涡轮机是利用叶轮机械实现工质压缩和做功的，工作时需要大量的工质气体参加工作。做功后的燃气仍具有较高的温度，由于工质质量很大，随尾气排出的热能也较大。活塞机依靠密闭容器容积变化来实现工质压缩和发出功率，参与工作的气体质量较少，因而尾气排热损失较小。然而，活塞机的可变容积，是由固定构件(缸体)和运动构件(活塞)之间的相对运动实现的。固定构件和运动构件之间的相对运动又是由特定的约束机构(如曲柄连杆机构、偏心行星机构)管理的。由于约束机构的存在，没有证据证明，固定构件和运动构件之间没有良好和有效的密封而能够使活塞机正常运转。由于约束机构和工质压力的作用，固定构件、运动构件和密封元件三者之间存在着力的相互作用。受材料性能的限制，它们之间必须得到良好的润滑和冷却，否则其密封元件会因磨损、摩擦和过热变形而失效。因此，传统的活塞发动机(无论是往复机还是转子机)必须设置复杂的润滑系统和冷却系统。润滑系统的存在，无疑增加了能耗、排气污染以及结构的复杂性，冷却系统辛勤工作的结果却是白白耗散了热能。传统活塞机在压缩比设计时，汽油机要防止提前压燃，柴油机要考虑爆震，并且都要考虑曲柄连杆机构的机械负荷强度，这些使得传统活塞机压缩比设计受到了一定的限制。由于它们的配气是通过构件约束来实现的，有些约束构件既是配气部件，又是功率传递部件，考虑到使用功能和结构强度的共同要求，其实体体积和质量都相对较大，形状和结构较为复杂。

二十世纪六十年代出现的高温结构陶瓷，以其良好的耐热性，很高的硬度，极小的线胀系数，优异的耐化学侵蚀性和抗变形能力，引起了人们的极大兴趣，急切希望能在内燃机上应用陶瓷材料以期大幅提高热机效率。但是，高温结构陶瓷有一个致命弱点就是它的脆性。传统活塞机的固定构件、运动构件和密封元件之间存在着力的作用和相对运动，工作时会产生冲击和振动。为了满足工作原理上的要求，这些构件形状各异，受力复杂，制作工序繁多，工艺难度较大。显然，传统的活塞机是不适合采用陶瓷作为其高温部件材料的。这也很好地解释了高温结构陶瓷从出现至今还没有在活塞机上成功地得到商业应用的根本原因。如何避免由于陶瓷脆性所带来的对其加工和使用上的限制，已经成为高温结构陶瓷材料在内燃机上应用成败的关键。

虽然，往复式活塞发动机的性能正在日益提高，但造价也因此提高了。而且由于阀门传动机构及活塞连杆装置的往复质量产生的不可避免的惯性力限制，其性能要继续获得大幅度的改进，有一定的困难。三角旋转活塞发动机没有往复运动质量，成功地避免了惯性力的限制，但又出现了科里奥里力的困扰，使得缸面容易形成震纹，密封系统效果远不及往复式活塞发动机，导致怠速不稳，空载易超速，耐久性差，可靠性差，制造成本高，排气污染大，在现代苛刻的低污染和低油耗标准要求的条件下，其总体性能水平要想超过往复式活塞发动机，仍有待进一步改进和完善。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种新型的气动配气发动机。该发动机不仅能大幅度提高发动机的热效率和降低制造成本，还能降低有害气体排放和降低寿命期使用维护费。其解决问题所采取的技术方案是：1、采用气动配气技术：在一圆环形缸体内，相间设置两对旋转活塞，其中一对作近似匀角速度旋转运动，另一对作变角速度旋转运动，以两活塞旋转速度差改变两活塞间相对位置来实现两活塞间空间容积变化从而满足奥托循环要求。变速活塞的角速度变化，依靠的是燃气压力的驱动而不是传统的机构相互作用的结果，匀速活塞匀角速度的保持，则是通过构件具有的较大的转动惯量和涡轮功来保证；2、采用高温结构陶瓷材料：缸体和活塞的典型技术特征是采用线胀系数很小的特种金属材料制造，工作表面均采用等离子喷涂高温陶瓷隔热层；3、采用活塞和涡轮两种方式换能：除燃气直接推动旋转活塞做功外，旋转活塞排出的燃气在经过静子叶片整流后继续冲动涡轮旋转，将活塞排气焓转变成机械能经离心叶轮传递给主轴对外输出。

工作原理如下；

1、几点约定：

(1)、把作变角速度旋转运动的活塞叫做配气活塞，作近似匀角速度旋转运动的活塞叫做动力活塞。

(2)、把受燃气作用产生角加速度方向与旋转方向相同的活塞叫做前活塞，角加速度方向与旋转方向相反的活塞叫做后活塞。

(3)、把动力活塞处于后活塞位置时的喷嘴喷油叫做配气喷油，把配气活塞处于后活塞位置时的喷嘴喷油叫做动力喷油。